2018-2019年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)基礎(chǔ) 專題4.3.2 電解原理的應(yīng)用教學(xué)案 新人教版選修4.doc

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4-3-2 電解池（第二課時(shí)） 教學(xué)目標(biāo) 1、了解氯堿工業(yè)，電鍍，冶金的原理 2、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、觀察能力、分析能力、歸納總結(jié)能力以及運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力 教學(xué)重點(diǎn)： 電解池原理 教學(xué)難點(diǎn)： 電解原理的應(yīng)用 教學(xué)過程： 【引言】上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電解的原理，電解是通過電流引起化學(xué)反應(yīng)的過程，即將電能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能。電解的原理在工業(yè)上有哪些應(yīng)用呢？這節(jié)課就向同學(xué)們介紹兩個(gè)電解原理在工業(yè)上應(yīng)用的事例. 【板書】二、電解原理的應(yīng)用 【講】電解飽和食鹽水以制備燒堿、氫氣和氯氣，電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫氯堿工業(yè)。 【板書】1、電解飽和食鹽水制燒堿、氫氣和氯氣 【投影】 實(shí)驗(yàn)裝置及原理 按上圖裝置，在U形管里倒入飽和食鹽水，插入一根石墨棒做陽極，一根鐵棒做陰極。同時(shí)在兩邊管中各滴入幾滴酚酞試液，并用濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙檢驗(yàn)陽極放出的氣體。接通直流電源后，注意管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象。 【講】在這個(gè)反應(yīng)中，由于H＋在陰極上得到電子而生成H2，破壞了附近的水的電離平衡，促進(jìn)了水繼續(xù)電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液里OH―濃度增大而呈堿性。 【板書】（1） 實(shí)驗(yàn)原理： 陽極(放電順序：Cl―>OH―)：2Cl―-2e == Cl2 ↑ (氧化反應(yīng)) 陰極(放電順序：H＋>Na＋)：2H＋+2e==H2 ↑(還原反應(yīng)) 總反應(yīng)：2NaCl+2H2O2NaOH +H2↑+ Cl2↑ 陰極 陽極 【注意】在學(xué)習(xí)電解食鹽水的化學(xué)原理時(shí)，學(xué)生往往不容易理解堿為什么在陰極區(qū)生成。這點(diǎn)可以從H＋在陰極上大量被還原，從而引起水的電離平衡被破壞，來分析在陰極區(qū)積累大量OH―的理由。 【板書】（2）工業(yè)制備方法---離子交換膜法 【講】由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導(dǎo)電銅棒等組成，每臺(tái)電解槽由若干個(gè)單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。 將電解槽隔成陰極室和陽極室和陰極室，它只允許陽離子(Na＋)通過，而阻止陰離子(Cl―、OH―)和氣體通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO 而影響燒堿的質(zhì)量。 【講】其原料粗鹽中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42―等雜質(zhì)，不符合電解要求，因此必須經(jīng)過精制。 【投影】 【講】除雜質(zhì)時(shí)所加試劑的順序要求是Na2CO3必須在BaCl2之后，加入鹽酸在過濾之后。 【問】工業(yè)上為什么要對(duì)粗銅進(jìn)行電解精煉呢？ 【學(xué)生活動(dòng)】指導(dǎo)學(xué)生查找閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容，請(qǐng)學(xué)生代表回答。 【問】怎樣利用電解的原理精煉粗銅呢？ 【板書】2、電解精煉銅 粗銅作陽極，純銅作陰極，用CuSO4溶液作電解液。 【投影】見下頁 【學(xué)生活動(dòng)】請(qǐng)學(xué)生討論分析電解液中離子的種類，通電后溶液中離子的移動(dòng)情況和陰極反應(yīng)。 【學(xué)生總結(jié)】CuSO4溶液中有Cu2+、H+、SO42-、OH-等四種離子,通電后Cu2+、H+移向陰極，SO42-、OH-移向陽極，陰極上Cu2+放電變成Cu聚集在陰極板（精銅）上。 【板書】 陰極(精銅)：Cu2+＋2e－＝Cu 【講】SO42-和OH-雖然移向了陽極，但是由于陽極板（粗銅）表面的Cu原子失電子能力強(qiáng)于二者，故陽極上Cu原子失電子被溶解。 【板書】陽極(粗銅)：Cu－2e－＝Cu2+ 【問】粗銅中所含的雜質(zhì)（如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）是如何除去的呢？ 【講】比銅活潑的金屬雜質(zhì)，在銅溶解的同時(shí)也會(huì)失電子形成金屬陽離子而被溶解掉。如： Zn－2e－＝Zn2+；Ni－2e－＝Ni2+；由于這些離子比Cu2+難以還原，故它們不能在陰極上得電子析出而存留在溶液中。比銅不活潑的金屬雜質(zhì)，在銅失電子溶解時(shí),不能失電子而溶解，故它們以單質(zhì)形式沉積于電解槽底部，形成陽極泥。 【板書】比銅活潑的金屬雜質(zhì)——以陽離子形式留于溶液中 比銅不活潑的金屬雜質(zhì)——形成陽極泥 【投影】播放課前制作的多媒體課件,模擬電解精煉銅的過程中兩極和電解液中離子的變化情況。 【問】請(qǐng)大家根據(jù)兩極上所發(fā)生的主要反應(yīng)分析電解精煉銅過程中的電解液有無變化。 【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生分析、討論并回答。 【板書】電解精煉銅過程中CuSO4溶液的濃度基本不變。 【過渡】以上我們學(xué)習(xí)了銅的電解精煉原理，下面我們?cè)俟餐瑢W(xué)習(xí)電解原理的另一個(gè)應(yīng)用實(shí)例——電鍍銅。 【板書】3、電鍍銅 【問】什么是電鍍？電鍍的優(yōu)點(diǎn)有哪些？ 【學(xué)生活動(dòng)】指導(dǎo)學(xué)生查找閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容，請(qǐng)學(xué)生代表回答。 【板書】（1） 電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。 （2） 電鍍的主要目的是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。 （3） 鍍層金屬：通常是在空氣或溶液中不易起變化的金屬，如Cr、Zn、Ag、Cu等 【講】電鍍時(shí)，把待鍍金屬制品作為陰極；把鍍層金屬作為陽極；用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)配成電鍍液。通低壓直流電，陽極金屬在溶液中成為陽離子，移向陰極，在陰極獲得電子被還原成金屬，在待鍍件表面上覆蓋上一層均勻光潔而致密的鍍層。 【講】例如，鋼鐵是人們最常用的金屬，但鋼鐵有個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是它們易被腐蝕。防止鋼鐵發(fā)生腐蝕的一種最常用方法就是在其表面鍍上其他金屬，如鋅、銅、鉻、鎳等。。 【問】請(qǐng)大家根據(jù)電解精煉銅過程中所發(fā)生的兩極反應(yīng)，選擇在鐵制品上鍍銅裝置的陰極材料、陽極材料和電鍍液。 【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生分析、討論并回答。 【板書】（4） 在鐵制品上鍍銅：陽極——銅 陰極——鐵制品 電鍍液——CuSO4溶液 原理：陽極(Zn) Zn-2e==Zn2+ 陰極(Fe) Zn2++2e == Zn 【講】陽極的鋅不斷氧化成Zn2+進(jìn)入溶液，陰極溶液中Zn2+被還原成鋅鍍層，因此電鍍液中C(ZnCl2)保持不變。 【講】電鍍的特點(diǎn)是“一多、一少、一不變”。一多指陰極上有鍍層金屬沉積，一少指陽極上有鍍層金屬溶解，一不變指電解液濃度不變。 【講】這里還需要我們注意的是，電鍍生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣中含有多種對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，處理后應(yīng)符合國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其中的有用成分要回收利用。 【過】Na、Mg、Al等活潑金屬都可用電解它們的熔融鹽或氧化物制得。這種方法是利用電解法來冶煉活潑金屬，我們將其稱之為電冶金。 【板書】4、電冶金 （1）本質(zhì)：利用電解使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來 （2） 適用范圍：制取活潑金屬單質(zhì)，如電解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al 【小結(jié)】本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了銅的電解精煉和電鍍銅的知識(shí)，銅的電解精煉類似于“在銅上鍍銅”，故掌握電鍍的原理是本節(jié)的重點(diǎn)。下面請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)所學(xué)知識(shí)填寫課前所發(fā)放的表格。 【投影】原電池、電解池與電鍍池的比較 原電池 電解池 電鍍池 定義 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置 將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置 應(yīng)用電解原理在某些金屬表面上鍍一層其他金屬的裝置 形成條件 活潑性不同的兩電極連接，電解質(zhì)溶液，形成閉合電路 兩電極接直流電源，并插入電解質(zhì)溶液中，形成閉合回路 鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負(fù)極，電鍍液必須含有鍍層金屬的離子 電極名稱 負(fù)極：較活潑金屬 正極：較不活潑金屬或能導(dǎo)電的非金屬 陽極：與電源正極相連 陰極：與電源負(fù)極相連 同電解池，但陽極：必須是鍍層金屬 陰極：鍍件 電極反應(yīng) 負(fù)極：氧化反應(yīng)，金屬失電子 正極：還原反應(yīng)，溶液中陽離子得電子 陽極：氧化反應(yīng)，溶液中的陰離子失電子，或電極金屬失電子 陰極：還原反應(yīng)，溶液中的陽離子得電子 陽極：金屬電極失電子 陰極：電鍍液中陽離子得電子 電子流向 負(fù)極—導(dǎo)線—正極 電源負(fù)極—導(dǎo)線—陰極—(陽離子向陰極移動(dòng)，得電子；陰離子向陽極移動(dòng)，失電子)—陽極—電源正極 板書設(shè)計(jì)： 二、電解原理的應(yīng)用 1、電解飽和食鹽水制燒堿、氫氣和氯氣 （1） 實(shí)驗(yàn)原理： 陽極(放電順序：Cl―>OH―)：2Cl―-2e == Cl2 ↑ (氧化反應(yīng)) 陰極(放電順序：H＋>Na＋)：2H＋+2e==H2 ↑(還原反應(yīng)) 總反應(yīng)：2NaCl+2H2O2NaOH +H2↑+ Cl2↑ 陰極 陽極 （2）工業(yè)制備方法---離子交換膜法 2、電解精煉銅 粗銅作陽極，純銅作陰極，用CuSO4溶液作電解液。 陽極(粗銅)：Cu－2e－＝Cu2+ 陰極(精銅)：Cu2+＋2e－＝Cu 比銅活潑的金屬雜質(zhì)——以陽離子形式留于溶液中 比銅不活潑的金屬雜質(zhì)——形成陽極泥 電解精煉銅過程中CuSO4溶液的濃度基本不變。 3、電鍍銅 （1） 電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。 （2） 電鍍的主要目的是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。 （3） 鍍層金屬：通常是在空氣或溶液中不易起變化的金屬，如Cr、Zn、Ag、Cu等 （4） 在鐵制品上鍍銅：陽極——銅 陰極——鐵制品 電鍍液——CuSO4溶液 原理：陽極(Zn) Zn-2e==Zn2+ 陰極(Fe) Zn2++2e == Zn